DE2166526B2 - Einrichtung zum Abbilden eines Objektes mittels elektromagnetischer oder korpuskularer Strahlung hoher Energie mit einer Auswerteeinrichtung, die eine Dekodierungseinrichtung für in Abhängigkeit von einer Bilddimension codierte Signale aufweist - Google Patents

Einrichtung zum Abbilden eines Objektes mittels elektromagnetischer oder korpuskularer Strahlung hoher Energie mit einer Auswerteeinrichtung, die eine Dekodierungseinrichtung für in Abhängigkeit von einer Bilddimension codierte Signale aufweist

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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abbilden eines Objektes mittels elektromagnetischer oder korpuskularer Strahlung hoher Energie mit einer eine Aufnahmefläche aufweisenden Detektorvorrichtung, welche die von einer räumlich ausgedehnten Strahlungsquelle ausgehende, vom Objekt her auf sie treffende, zusätzlich zur objektbedingten Modulation mit einer bestimmten räumlichen Modulation versehene Strahlung empfängt und welcher eine Auswerteinrichtung zur Rekonstruktion eines Bildes aus dem entsprechend der räumlichen Modulation auf der Aufnahmefläche der Detektorvorrichtung entworfenen Bild des Objektes nachgeschaltet ist, wobei die Auswerteinrichtung eine Dekodierungseinrichtung zum Dekodieren von Signalen enthält, die eine von einer Bilddimension abhängige Kodierung aufweisen.
Eine aus der US-Patentschrift 30 11 057 bekannte Abbildungseinrichtung dieser Art besitzt zur Erzeugung der bestimmten räumlichen Modulation der von einem räumlich ausgedehnten Objekt ausgehenden Strahlung einen Parallelkanalkollimator, welcher bewirkt, daß die von einem bestimmten Punkt des Objektes ausgehende Strahlung nur über einen einzigen Kollimatorkaniil unabhängig vom Abstand zwischen Objekt und Detektoraufnahmefläche zu letzterer gelangen kann. Strahlung, welche sich nicht parallel zu den Kanälen des Parallelkanalkollimators ausbreitet, wird in den Wänden des Kollimators absorbiert und kann zur Bilderzeugung nicht genutzt werden. Die Dekodierungseinrichtung der bekannten Abbildungseinrichtung ist in Gestalt einer Widerstandsmatrixschaltung vorgegeben, welche derart mit einer Gruppe von Detektoren in bestimmter Anordnung zusammengeschaltet ist, daß von der
ίο Dekodierungseinrichtung elektrische Signale abgenommen werden können, die eine Information über die Koordinatenwerte eines Bildpunktes in einer Abbildungsebene enthalten.
Aus der französischen Patentschrift 14 96 656 ist es bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art bekannt, das unter Verwendung eines Parallelkanalkollimators auf dem Ausgangsschirm einer Bildverstärkerröhre erzeugte Bild durch eine Bildaufnahmeröhre abzutasten, wobei die Abtastgeschwindigkeit und der Abtasttakt eine Zuordnung zwischen der Lage eines Bildpunktes auf dem Bildverstärkerröhren-Ausgangsschi rni einerseits und den elektrischen Ausgangssignalen der Bildaufnahmeröhre andererseits gestatten.
Bei den beiden bekannten Abbildungseinrichtungen
r> kann jeweils nur ein ganz kleiner Anteil der von einem bestimmten Objektpunkt ausgehenden Strahlung zur Bilderzeugung genutzt werden, so daß zur Sammlung ausreichender Energie für eine brauchbare Bilderzeugung lange Bestrahlungszeiten erforderlich sind.
«ι Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Einrichtung der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, daß ausgedehnte Objekte in kurzer Zeit und mit veränderlicher Fokussierung abgebildet werden können, ohne daß es sich um selbststrahlende Objekte handelt.
η Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Bestrahlen des Objektes die Strahlungsquelle als Teil der Einrichtung vorgesehen ist und nach Größe und gegenseitigen Abständen entsprechend einer vorgegebenen Kodierung räumlich veränderliche Bereiehe von die Strahlung emittierendem Stoff aufweist und daß die Dekodierungseinrichtung der Auswerteinrichtung eine Dekodierungsfunktion aufweist, die eine Impulskompression der die vorgegebene Kodierung aufweisenden Signale zur Erzeugung der zur Bildrekonstruktion dienenden Ausgangssignale der Auswerteinrichtung bewirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine derartige Einrichtung, welche Verzögerungsmittel zum Verzögern von durch Abtastung eines von der
'io Detektorvorrichtung erzeugten, dem Bild auf der Aufnahmefläche entsprechenden Zwischenbildes gebildeten Abtastsignale als Tei! der Dekodierungseinrichtung enthält, so ausgebildet sein, daß die Verzögerungsmittel eine der Dekodierungsfunktion entsprechende,
">5 frequenzabhängig veränderliche Verzögerungszeit aufweisen. Während bei der Abbildungseinrichtung nach der zuvor bereits erwähnten französischen Patentschrift 14 96 656 als Verzögerungsmittel an die Bildaufnahmeröhre angeschlossene Speichermittel vorgesehen sind,
M) aus welchen die Bildinformationssignale zur Bildrekonstruktion bestimmte Zeit nach Einspeisung wieder entnommen werden können, bewirken die Verzögerungsmittel der hier vorgeschlagenen Einrichtung in der zuletzt beschriebenen Ausgestaltung eine Impulskom-
M pression aufgrund der frequenzabhängig veränderlichen Verzögerungszeit.
Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Es stellt dar
F i g. 1 eine stark vereinfachte Darstellung eines Abbildungssystems zur Herstellung eines Durchleuchtungsbildes eines Objektes,
Fig.2 ein Blockschaltbild einer Abbildjngseinrich- s tung,
Fig.3 eine ins einzelne gehende Darstellung einer Strahlungsquelle zur Erzeugung einer ausgedehnten räumlichen Modulation der Bestrahlung.
In den Fig. 1 und 3 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem eine räumliche Modulation der Strahlung hoher Energie durch eine besondere Strahlungsquelle 136 bewirkt wird, die emittierendes Material in neuartiger Anordnung aufweist, beispielsweise ein radioaktives Material 138, daß auf einem Träger 140 abgelagert und so ausgeätzt ist, daß sich einzelne strahlende Bereiche ergeben. Das Objekt 142 ist teilweise strahlenundurchlässig, so daß bestimmte Punkte des Objektes 142, beispielsweise die Punkte 144,146 und 148, die von der Strahlungsquelle 136 bestrahlt werden, auf einer Detektoreinrichtung 24 ein Bild ergeben. Die Detektoreinrichtung 24, eine Signalverarbeitungseinrichtung 26 und ein Ausgangs-Wiedergabegerät 28 nach F i g. 1 sind genauer in F i g. 2 gezeigt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 wird jeder Punkt des Objektes 142 in ein bestimmtes Bild auf der Detektoreinrichtung 24 umgeformt, wobei die Gestalt des Bildes von der Form des Musters des radioaktiven Materials 138 auf dem Träger 140 der Strahlungquelle 136 abhängt 3«i
Ein Radiogramm wird im einzelnen durch das in F i g. 2 gezeigte Abbildungssystem 22 erzeugt, das die auf Gammastrahlung ansprechende Detektoreinrichtung 24, die Signalverarbeitungseinrichtung 26 zur Ableitung einer Information von jedem der Photonen hoher Energie der Gammastrahlung beim Auftreffen auf die Detektoreinrichtung 24 und das Ausgangs-Wiedergabegerät 28 enthält, an welchem ein Radiogramm zur Dai Stellung gelangt. Die Signalverarbeitungseinrichtung 26 enthält Mittel zur Dekodierung des gleichsam vielschichtigen Bildes von der Detektoreinrichtung. Die Detektoreinrichtung 24 hat ähnlichen Aufbau wie die in der eingangs erwähnten US-Patentschrift beschriebene Kamera und enthält einen Szintillator 36, beispielsweise einen Caesiumiodidkristall in Form einer Platte, welche der Strahlung ausgesetzt ist. In bekannter Weise zeigt ein Szintillator an den Auftreffpunkten von Strahlungsquanten oder Partikeln hoher Energie eitle Lichtemission, wobei die auftreffenden Partikel oder Strahlungsquanten Photonen hoher Energie, etwa von Gammastrahlung oder Röntgenstrahlung, oder auch Kernteilchen sein können, beispielsweise Protonen oder Neutronen. Ferner ist eine Anordnung von Detektorelementen 40 vorgesehen, welche das durch Szintillation erzeugte Licht aufuehmen, beispielsweise also die Lichtstrahlen 42, die von den Auftreffstellen auf dem Szintillator 36 ausgehen. Ähnlich wie bei der Detektoreinrichtung nach der US-Patentschrift 30 11 057 sind die Detektorelemente 40 mit einer Widerstandsmatrix 44 verbunden, durch welche die Koordinaten in X-Richtung und K-Richtung vorgegeben werden. In den nicht im einzelnen gezeigten Widerständen werden Ströme erzeugt, die proportional zur Intensität des an dem zugehörigen Detektorelement 40 empfangenen Lichtes sind. Da die Intensität des auf eines der Detektorelemente 40 treffenden Lichtes vom Einfallswinkel der Lichtstrahlen 42 zwischen dem AuftreffDunkt am Szintillator 36 und dem Detektorelement 40 abhängig ist, besteht eine Zuordnung der Ströme in der Widerstandsmatrix 44 ztun Ort des Auftreffpunktes auf dem Szintillator 36. Die Widerstandsmatrix 44 kann daher Signale entsprechend der X-Koordinate und der y-Koordinate des Ortes des Auftreffens eines Energiequants an die Signalleitungen 46 und 48 liefern. Nachdem die Detektoreinrichtung 24 sowohl auf Kernteilchen als auch auf Photonen hoher Energie anspricht, kann mittels des Abbildungssystems 22 ein Radiogramm eines Objektes erzeugt werden, das mit hoher Energie in Form von Kernteiichen oder in Form von Photonen hoher Energie bestrahlt wird.
Die Wirkungsweise des Abbildungssystems 22 unterscheidet sich deutlich von den optischen Abbildungssystemen, bei denen reflektierende Flächen oder Linsen zur Bilderzeugung benutzt werden. Im Falle einer in einem solchen optischen System verwendeten Linse ändert sich der Brechungsindex des Linsenmaterials mit der Frequenz und nähert sich dem Wert 1 für hohe Strahlungsenergien, wie sie beispielsweise in Röntgenstrahlung und Gammastrahlung vorliegen, sowie für Kern-Teilchenstrahlung. In Abbildungssystemen für Strahlung hoher Energie ist daher die Verwendung optischer Linsen ausgeschlossen, da der Brechungsindex nicht mehr ausreicht, die Bildstrahlen zur Herstellung eines Bildes zu bündeln. Ähnliches gilt für reflektierende Flächen von Spiegeln in optischen Systemen, welche bei Strahlung höherer Energie, beispielsweise bei Röntgenstrahlung und insbesondere bei Gammastrahlung sowie auch bei Kernstrahlung nicht mehr reflektierend wirken, sondern für die Strahlung durchlässig werden, so daß die Strahlung geradlinig durch das Material der betreffenden reflektierenden Fläche hindurchtritt
Die Strahlungsquelle 136 in Verbindung mit der Detektoreinrichtung 24 benutzen also nicht den Fokussierungseffekt, der in optischen Abbildungssystemen unter Beugung der Strahlen ausgenutzt wird. Das auf dem Szintillator 36 erzeugte Bild läßt sich vielmehr nach den Gesetzen der geometrischen Optik ähnlich wie bei den Verhältnissen in der Lochkamera konstruieren.
Praktisch besitzen Caesiumiodid-Szintillatoren keine ausreichende Nachleuchtdauer, um ein Bild zu erzeugen, wenn sie von einer Bildstrahlung beaufschlagt werden. Die X- und V-Koordinateninformationen bezüglich jedes Auftreffpunktes müssen daher so gehandhabt werden, daß diese Informationen bezüglich der einzelnen Auftreffpunkte so lange erhalten bleiben, bis eine genügende Anzahl dieser Punkte vorliegt, um ein verwertbares Bild zu ergeben. Beispielsweise können die Koordinatenangaben auf den Signalleitungen 46 und 48 von einem nicht dargestellten Rechner verarbeitet werden, der für jeden Auftreffpunkt eine Speicheradresse bereithält oder die Sigualverarbeitungseinrichtung 26 enthält wie bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 eine erste Speicher-Wiedergaberöhre 52, welche mit den X- und V-Koordinaten-Signalen der Signalleitungen 46 und 48 gespeist wird. Die erste Speicher-Wiedergaberöhre 52 wird von einer Kathodenstrahlröhre mit einem Speicherschirm 54 langer Speicherzeit gebildet, der in bekannter Weise abhängig vom Auftreffen von Elektronen aus dem Elektronenstrahl-Erzeugungssystem der Kathodenstrahlröhre Licht emittiert Einzelheiten der ersten Speicher-Wiedergaberöhre 52 sind an sich bekannt und bedürfen keiner näheren Beschreibung. Die erste Speicher-Wiedergaberöhre 52 enthält außerdem eine auf das Vorhandensein elektrischer Signale an den Signalleitungen 46 und 48 ansprechenden
Schaltung zur Steuerung des Elektronenstrahls der Kathodenstrahlröhre derart, daß der erste Speicherschirm 54 jeweils an einem Punkt angeregt wird, welcher den den genannten Signalleitungen zugeordneten Koordinaten in .Y-Richtung und K-Richtung entspricht. Auf diese Weise wird das aufeinanderfolgende Auftreffen von Strahlungsenergiequanten von der Strahlungsquelle 136 her auf den Szintillator 36 in ein Bild auf dem ersten Speicherschirm 54 umgeformt. Man erkennt dabei also, daß das auf dem ersten Speicherschirm 54 erscheinende Bild ein kodiertes Schattenbild des Objektes 142 ist, da es wenig, wenn überhaupt irgend eine Ähnlichkeit zu dem Objekt hat und doch sämtliche Informationen enthält, welche die Form des Objektes bestimmen. Der nächste Schritt zur Herstellung eines Radiogramms des Objektes besteht daher in der Auswertung oder Dekodierung des Bildes auf dem ersten Speicherschirm 54.
Zum Dekodieren des kodierten Bildes auf dem Speicherschirm 54 kann gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 ein Abtastverfahren verwendet werden, bei dem abgestimmte Filter oder Impulskompressionsverfahren ähnlich den in der Radartechnik verwendeten zur Anwendung kommen. Die Signalverarbeitungseinrichtung 26 dekodiert das Bild auf dem Speicherschirm 54 in einem zweistufigen Verfahren, indem das Bild zuerst in der Horizontalabmessung und dann in der Vertikalabmessung dekodiert wird.
Der erste Dekodierungsschritt wird mittels einem ersten Vidikon 60 und einer ersten Verzögerungsleitung 62 ausgeführt. Das erste Vidikon 60 tastet den ersten Speicherschirm 54 in Horizontalrichtung ab und liefert ein Ausgangssignal, das aufeinanderfolgenden Horizontal-Abtastlinien entspricht Das erste Vidikon 60 arbeitet mit linearer Ablenkgeschwindigkeit, wenn der abzutastende Speicherschirm flach ist und arbeitet mit nicht linearer Ablenkgeschwindigkeit, wenn ein gewölbter Speicherschirm vorliegt, um den Einfluß der Wölbung zu beseitigen, so daß das Ausgangssignal des ersten Vidikons 60 einer linearen Abtastung entspricht Die Kurvenform des jeder Abtastlinie des ersten Vidikons 60 zugeordneten Signales entspricht dem auf den Szintillator 36 geworfenen Schattenbild.
Der von der Strahlungsquelle 136 und dem Objekt 142 auf den Szintillator 36 geworfene Schatten enthält eine Folge heller und dunkler Bereiche.
Die Horizontalabtastung des ersten Speicherschirmes 54 mittels des Vidikons 60 ergibt ein Chirp-Signal. Dieses Signal vom Ausgang des ersten Vidikons 60 wird der ersten Verzögerungsleitung 62 zugeführt, welche ein Frequenz-Dispersionsverhalten besitzt und eine Phasen- oder Zeitverzögerungskennlinie aufweist, welche das Inverse der Chirpwelle ist. Beim Durchgang durch die erste Verzögerungsleitung 62 erfahren Signale unterschiedlicher Frequenzen jeweils unterschiedliche Zeitverzögerungen. Das erste Vidikon 60 und die erste Verzögerungsleitung 62 können als Übertragungsmedium betrachtet werden, über welches Teile des Bildes auf dem ersten Speicherschirm 54 aufeinanderfolgend übertragen werden, wobei sich das Übertragungsmedium dadurch auszeichnet, daß es verschiedenen Bildteilen eine unterschiedliche Verzögerung aufprägt. Wie aus der Theorie angepaßter Filter und Impulskompressionsfilter für Radarsysteme bekannt ist, liefert ein Filter mit einem Impuls-Ansprechverhalten, welches das Inverse der zeitlichen Kurvenform des Eingangssignales zum Filter ist, ein Ausgangssignal in Form eines scharfen Impulses. Im Falle eines breitbandigen Eingangssignales, wie es die Chirp-Wellenform des Abbildungssystemes 22 darstellt, nähert sich die Gestalt des Ausgangssignales von einem solchen Filter der Form des Impulses.
Es erscheint also auf einem zweiten Speicherschirm 78 einer Speicherröhre 80 ein gewisses dekodiertes Bild, wobei dieses Bild aufgrund der Dekodierungswirkung des ersten Vidikons 60 und der ersten Verzögerungslei-
jo tung 62 zunächst nur in der Horizontalrichtung dekodiert ist, während die Kodierung in der Vertikalrichtung noch fortbesteht.
Der zweite Schritt bei der Dekodierung des Bildes wird mittels eines zweiten Vidikons 82 und einer zweiten Verzögerungsleitung 84 ausgeführt Das zweite Vidikon 82 tastet das auf dem zweiten Speicherschirm 78 vorhandene Bild in Vertikalrichtung ab und Hefen ein entsprechendes Chirpwellen-Ausgangssignal, welches der zweiten Verzögerungsleitung 84 zugeleitet wird.
Letztere arbeitet in derselben Weise wie die Verzögerungsleitung 62 und liefert in Abhängigkeit von der Chirp-Welle des zweiten Vidikons 82 eine Gruppe von Ausgangsimpulsen. Die Ausgangsimpulse der zweiten Verzögerungsleitung 84 werden dem Ausgangs-Wiedergabegerät 28 zugeführt, das ein vollständig dekodiertes Bild darbietet
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Einrichtung zum Abbilden eines Objektes mittels elektromagnetischer oder korpuskularer Strahlung hoher Energie mit einer eine Aufnahmefläche aufweisenden Detektorvorrichtung, welche die von einer räumlich ausgedehnten Strahlungsquelle ausgehende, vom Objekt her auf sie treffende, zusätzlich zur objektbedingten Modulation mit einer bestimmten räumlichen Modulation versehene Strahlung empfängt und welcher eine Auswerteinrichtung zur Rekonstruktion eines Bildes aus dem entsprechend der räumlichen Modulation auf der Aufnahmefläche der Detektorvorrichtung entworfenen Bild des Objektes nachgeschaltet ist, wobei die Auswerteinrichtung eine Dekodierungseinrichtung zum Dekodieren von Signalen enthält, die eine von einer Bilddimension abhängige Kodierung Aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bestrahlen des Objektes die Strahlungsquelle (13(5) als Teil der Einrichtung vorgesehen ist und nach Größe und gegenseitigen Abständen entsprechend einer vorgegebenen Kodierung räumlich veränderliche Bereiche (138) von die Strahlung emittierendem Stoff aufweist und daß die Dekodierungseinrichtung (26, 62, 84) der Auswerteinrichtung eine Dekodierungsfunktion aufweist, die eine Impulskompression der die vorgegebene Kodierung aufweisenden Signale zur Erzeugung der zur Bildrekonstruktion dienenden Ausgangssignale der Auswerteinrichtung bewirkt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 mit Verzögerungsmitteln zum Verzögern von durch Abtastung eines von der Detektorvorrichtung erzeugten, dem Bild auf der Aufnahmefläche entsprechenden Zwischenbildes gebildeten Abtastsignalen als Teil der Dekodierungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsmittel (62, 84) eine der Dekodierungsfunktion entsprechende, frequenzabhängige veränderliche Verzögerungszeit aufweisen.
DE2166526A 1970-10-02 1971-09-22 Einrichtung zum Abbilden eines Objektes mittels elektromagnetischer oder korpuskularer Strahlung hoher Energie mit einer Auswerteeinrichtung, die eine Dekodierungseinrichtung für in Abhängigkeit von einer Bilddimension codierte Signale aufweist Expired DE2166526C3 (de)

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